1.3 早期汽车尾气排放治理和美国联邦《清洁空气法》

1947年，洛杉矶地区的政府官员意识到，治理光化学烟雾污染仅仅靠城市层面的努力是不够的，需要在更高一级的行政区划上（即县，County）成立专门的管理部门。1947年10月，洛杉矶县空气污染控制局（Los Angeles County Air Pollution Control District，APCD）成立，12月，它要求辖区内主要的工业企业执行相关的空气污染标准。20世纪50年代，邻近地区成立了县一级空气污染控制局。20年后，这些空气污染控制局合并，成立南海岸空气资源管理局（South Coast Air Quality Management District，SCAQMD），它成为治理洛杉矶地区普遍存在的空气污染的主要政府机构。

在20世纪50年代末期，洛杉矶居民已经越来越清楚地认识到汽车尾气对造成空气污染的重要影响，并为政府治理汽车污染排放提供了民意基础。考虑到地方部门（如各县空气污染控制局）在开展汽车污染排放治理的过程中存在难度，州政府在1959年成立了加利福尼亚州机动车污染控制委员会（California Motor Vehicle Pollution Control Board）。该委员会在1967年和空气卫生局合并成立了下属于加利福尼亚州环境保护署（California Environmental Protection Agency）的加利福尼亚州空气资源委员会（California Air Resource Board，CARB）。哈根-施密特是加利福尼亚州机动车污染控制委员会的发起人之一，并在1968年至1971年间担任了CARB的首任局长。作为一名研究大气污染化学的科学家，哈根-施密特既了解空气污染治理行动需要响应社会关切，又注重治理措施的循序渐进，重视发挥来自工业、学界和政府等不同领域专家的多学科背景专长，这些原则也贯穿于他在加利福尼亚州机动车污染控制委员会和加利福尼亚州空气资源委员会任内领导的一系列汽车污染治理工作中。

根据哈根-施密特的研究，加利福尼亚州机动车污染控制委员会在成立初（1959年）就通过了一项针对曲轴箱碳氢化合物污染的控制标准，要求从1963年起生产的新车（为车辆型号的年份，下同，即1963年款车）安装曲轴箱强制通风系统（Positive Crankcase Ventilation，PCV阀）。PCV阀可以将曲轴箱内的混合气通过连接管导向进气管的适当位置，从而将未燃尽的油气重新返回汽缸内燃烧，避免碳氢化合物通过曲轴箱“窜气”而排入大气中。后来的实践证明，PCV阀是一项可以有效控制汽油车曲轴箱碳氢化合物排放并提高燃油经济性的技术，因此要求新车安装PCV阀的标准被认为是世界汽车行业内最早的一项针对空气污染物排放控制的法规。

曲轴箱的HC排放仅占当时汽车HC排放总量的三分之一左右，污染物排放贡献比例低于尾气管排放，给新车加装PCV阀并不能够完全解决汽车排放导致的严重空气污染。事实上，南加州地区的空气质量监测结果也显示，该地区在1963年至1974年间的O3峰值浓度都超过或接近0.5ppm。所以，进一步着手治理汽车尾气管污染物排放成为贯穿20世纪五六十年代空气污染治理的一个焦点问题。当时提出的尾气管HC排放治理主要有两条技术路径。第一条技术路径是应用燃烧效率更高的发动机来降低HC的排放，这也是汽车行业所希望采用的方案。但是，人们并不知道先进的发动机技术改善燃烧效率的实际效果，也不知道其对NOx排放会带来什么影响。第二条技术路径是在汽车尾气管上加装后燃装置，使得汽车尾气中的HC在排入大气前能够得到充分燃烧，这种技术路径后来发展为借助催化床实现汽车尾气在较低温度下充分反应的催化转化器（Catalytic Converter）。汽车厂商由于担心采用催化转化器会增加汽车制造成本，当时并不接受加装尾气催化转化器这一技术路径。

1962年，美国海洋生物学家蕾切尔·卡森（Rachel L.Carson）出版了《寂静的春天》，这本著作描述了农药滥用造成野生动物大量死亡的环境问题，在美国乃至全球范围内引发了强烈的环境保护思潮。在加利福尼亚州，环境保护主义者组织了抗议活动，凸显汽车排放造成的空气污染对人体健康的显著影响，并要求政府采取更有效的措施治理汽车尾气排放。当选政府在强大的民意压力下，最终开始真正重视汽车污染问题，颁布了一系列针对汽车尾气排放的法规。1963年，美国众议院通过了美国第一部《清洁空气法》（Clean Air Act），旨在改善、强化和加快空气污染防治进程。1965年对《清洁空气法》进行了修订，颁布了《机动车空气污染控制法》（Motor Vehicle Air Pollution Control Act），重点通过制定排放标准来控制机动车污染物排放，该法案要求美国全国范围内的1968年款新车（加州1966年款新车）在1963年款新车排放水平的基础上，减少72%的HC排放和56%的CO排放。但是，1968～1969年开展的排放测试结果显示，超过一半的要求达标车辆并未能够满足排放标准要求。

1970年，美国众议院对《清洁空气法》进行了又一次的重大修订。在1970年《清洁空气法》的基础上，美国制定了《国家环境空气质量标准》（National Ambient Air Quality Standards，NAAQS），允许政府采取一切必要的措施（即不计成本）来实现空气质量达标。针对机动车污染排放，《清洁空气法》规定未来五年内新车的HC、CO和NOx排放量下降90%，明确由美国环境保护署（Environmental Protection Agency，EPA）负责进行法规达标测试，汽车制造厂商需要负责汽车排放控制的质量保证，排放超标的汽车将被处以每车10000美元的处罚。在政府和汽车行业的反复协商下，这一空前严格并原定在1975年款新车上全面实施（NOx排放限值原定于从1976年款车起实施）的标准经历了多次延期。在1977年的清洁空气法修订案中，美国终于明确在1980年全面实施CO和HC排放限值，并将NOx排放限值从原定的0.4克/英里宽限到1.0克/英里（1981年起实施）。此外，EPA还针对油品质量建立了标准体系，并首先针对汽油中的铅含量制定了严格的限值（0.8克/加仑）。

需要指出，在《清洁空气法》下机动车排放标准的实施，是技术与政策互动的结果，一方面得益于汽车尾气控制技术的发展和进步，另一方面也为先进尾气控制技术（特别是三元催化转化器，见1.4节）的快速普及提供了政策基础。在1980年以后的30多年间，美国在《清洁空气法》的框架下，不断加严机动车排放和油品质量标准，逐步实现了传统内燃机车的超低排放。此后，虽然洛杉矶地区的机动车数量持续上升，O3浓度在1975年后持续下降，但其年峰值浓度相对于20世纪50年代已经削减了约80%，光化学污染得到了显著改善（见图1-5）。